產品制造數字化設計的人才培養模式研究

鐘華

摘要：現代制造業信息化的發展速度越來越快，我們嘗試提出一種面向產品制造數字化設計人才培養模式的構建方法。通過對產品數字化設計技術的職業能力崗位群進行分析，提出并構建了“一軸雙翼，項目驅動”的技術型人才培養新模式。培養對象的就業方向定位為面向制造的數字化設計崗位群，區別于下游的面向產品的制造加工崗位群，突出了技術的職業特色。

關鍵詞：數字化設計；人才培養模式；構建研究

一、產品數字化設計技術的內涵

產品數字化設計技術是基于產品數據管理（PDM，Product Data Management）的CAD/CAPP/CAM/CAE四位一體技術的先進機械設計技術。它不但能實現無圖紙設計和虛擬加工，而且為業界帶來了全新的產品設計方法和突破傳統模式的先進理念。各部分各自相對獨立，又互有關聯，共同配合來完成一項完整的現代機械設計過程。

（1）CAD模塊：即計算機輔助設計模塊，其主要用于進行零件造型、建立裝配實體并生成工程圖等工作。

（2）CAPP模塊：即計算機輔助工藝設計模塊，其主要完成的工作是基于CAD模塊生成的工程圖基礎上，完成零件加工工藝規程設計并生成相應的加工工藝技術文檔。

（3）CAM模塊：即計算機輔助制造模塊，其主要功能在于經后置處理后生成零件的數控加工代碼，并在計算機仿真環境下進行虛擬加工。

（4）CAE模塊：即計算機輔助工程分析模塊，主要用于對生產加工過程在虛擬環境下進行靜力學分析、動力學分析和運動仿真等。

（5）PDM模塊：即產品數據管理模塊，它是整個數字化設計過程的“管家”，用于實現各CAx額模塊之間的信息傳遞和數據共享。

二、創新人才培養模式的構建及課程體系

先進制造技術（AMT，Advanced Manufactureing Technology）的主體技術群有兩類，一類是上游的面向制造的設計技術群，是指用于生產準備或制造準備的工具群和技術群，對應于生產企業的技術研發部門。二是下游的面向產品的制造工藝技術群，是指用于物質產品生產的過程及設備群，對應于生產企業的生產加工部門。地方型高校機械設計制造及其自動化本科專業培養的學生在掌握了較深厚理論基礎和具備較扎實的實踐操作技能基礎上，應定位于技術性應用型較高層次工程技術人員。因此其就業面向應定位為第一類，即面向制造的設計技術群。在當前制造業信息化蓬勃發展的大背景下，其培養目標應進一步明確為面向制造的產品數字化設計崗位群，即在先進制造業中從事數字化產品設計工作的機械工程師。

課程是使學生掌握知識、提高能力，實施素質養成的手段，為實現教學目標，課程體系的構建可以依據“一軸雙翼，項目驅動”的模式進行?！耙惠S”是指以專業設計軟件的教學為軸心。只有熟練掌握各種相關專業軟件的操作和熟練，才能實現虛擬環境下面向制造的產品數字化設計?！半p翼”是指以理論基礎課教學和實踐操作技能教學為雙翼。理論基礎課教學是掌握產品設計知識的基礎，實踐操作技能教學包括傳統的車鉗銑刨磨工藝以及數控加工等現代制造加工工藝技術的訓練，旨在使學生掌握產品制造加工工藝方面的知識和基本技能。

讓培養對象在實際工程項目的引領下，把實際工作過程設計成學習過程，提倡“學習即工作，工作即學習”的理念。實質上，是一種以學生為中心的“建構式”培養方式。教師起引領、驅動作用，目的是讓學生在具體工作項目驅動下得到職業情境的熏陶和工作過程的體驗，從而真正掌握就業所必備的技術知識和職業能力。

三、教學體系構建策略

“一軸雙翼，項目驅動”的課程體系在構建過程中，需要緊緊圍繞面向制造的數字化設計人才培養目標的實現來進行相關課程的具體化和課程體系的規整化。其中還需要采取一些必要的策略。

項目教學是師生通過共同實施一個完整的“項目”工作而進行的教學活動。它是以工作任務為中心選擇、組織教學內容，并以完成工作任務為主要學習方式和最終目標，在選擇項目的過程中，必須注意是內涵和外延清晰，明確和有具體的成果的項目，并且要有完整的工作過程，而且要具備一定的難度，可以讓學生在項目過程中既能應用已知知識和技能，又能學習一些新的知識和技能，充分體驗數字化設計的設計理念和工作工程。另外，該項目還應該具備“可評價性”，工作任務過程中和過程后，有利于對項目的有關情況進行評價。

產品數字化設計技術本身就是一項多學科交叉的高新技術，涉及的學科廣泛，綜合了人機工程技術、工業設計技術、圖形顯示技術、現代控制技術、網絡技術、數據庫技術、逆向工程、數控加工技術于一身。教學體系構建過程中切忌面面俱到，要注意突出教學重點，其它的相關知識可以作為素質拓展。

產品數字化設計技術是基于軟件技術的系統集成，專業軟件的學習和應用是該項技術的“軸心”。軟件品種繁多，各有所長，不同的模塊往往要使用不同的軟件，根據教學內容選擇好相應的專業軟件往往是教學成敗的關鍵。

在具體工程項目驅動下，以一個具體產品的面向制造的具體數字化設計為例，教學體系構建中采用“循序并行化”的教學步驟，既根據課程本身的先后順序由淺入深，循序漸進，又由于產品數字化設計技術本身是基于并行工程的系統集成技術，各階段的教學實施也要基于并行工程，即實時監控、實時反饋、實時修改設計信息。產品數字化設計技術是基于產品數據管理的系統集成技術。但各種技術的發展并不是齊頭并進的，發展并不平衡，而且還互相較為孤立，是各成一體的。因此，必須注重突出產品數據管理的核心地位，信息傳送和數據共享是數字化設計技術的核心。

掌握了面向制造的產品數字化設計技術的工程師將可以完成傳統機械設計工程師完成的一切工作，而且在計算機仿真和虛擬制造技術支持下，他們還能完成傳統工程師不能提供的可視化設計和加工仿真結果。通過快速成型（RPM）等方法雖然可以快速得到產品實物樣件，但數字化設計工程師提供的虛擬制造產品已經具備了實物產品的一切屬性。數字化設計完成后，即可直接提交圖紙和有關技術文檔交付車間進行批量生產。endprint